Коррозия портландцементного камня и защита от нее

Процессы химического разрушения материалов, в том числе цементно­го камня и бетона, под действием агрессивных факторов окружающей сре­ды называются коррозией. При этом под химическим разрушением обычно понимают разрушение, сопровождающееся изменением химического и ми­нералогического состава материалов, не обязательно связанное с прохож­дением химических реакций. В свою очередь, в зависимости от того, сопро­вождается ли коррозия химическими реакциями, различают два вида корро­зии - химическую и физическую.

Физическая коррозия представляет собой процесс вымывания из камня водорастворимых компонентов. В отличие от воздушных вяжущих ве­ществ, где этот вид коррозии является главной причиной разрушения кам­ня, портландцемент значительно более устойчив к физической коррозии вследствие меньшей водопроницаемости и низкой растворимости большин­ства компонентов камня.

Особенно опасна физическая коррозия при непрерывной фильтрации воды сквозь бетон (плотины, резервуары для хранения воды и проч.), когда процесс идет на внутренней поверхности пор цементного камня, суммарная величина которой на несколько порядков превышает величину внешней поверхности бетонного изделия.

Если вода, контактирующая с бетоном, содержит растворенные веще­ства, то к физической может присоединиться и химическая коррозия, что, как правило, приводит к значительному ускорению процесса разрушения материала. В зависимости от вида растворенного соединения, вызывающего коррозию, различают углекислотную, магнезиальную, сульфатную и неко­торые другие типы химической коррозии.

Углекислотная коррозия вызывается действием на цементный камень растворенного в воде диоксида углерода СО₂. Само по себе действие углеки­слого газа на цементный камень не опасно, а наоборот, весьма благотворно сказывается на его долговечности благодаря реакциям карбонизации портландита и декальцинации высокоосновных гидросиликатов кальция: 2CaO·SiО₂·2H₂О + СО₂ = CaO·SiО₂HО₂ + CaCО₃.

Магнезиальная коррозия происходит в воде, содержащей растворенные соли магния. Основную опасность в этом смысле представляет морская во­да, в которой катион Mg²⁺ является вторым по содержанию (после Na) и его средняя концентрация близка к 1,5 г/л, что примерно в 100 раз выше, чем в типичной речной воде. Первоначально соли магния реагируют с гидроксидом кальция, образуя значительно менее растворимый в воде гидроксид магния, например: Са(ОН)₂ + MgCl₂ = СаС1₂ + Mg(OH)₂.

Сульфатная коррозия происходит под воздействием воды, содержащей растворенные сульфаты (кальция, магния, натрия и др.). Подобная ситуация может возникнуть, например, при контакте бетона с морской водой, в кото­рой содержание иона SО₄^2- в среднем составляет около 2,5 г/л, с некоторыми типами почвенных вод, богатых гипсом, с гипсовой штукатуркой и в некото­рых других случаях. Компонентами цементного камня, ответственными за этот вид коррозии, являются гидроалюминаты кальция. В зависимости от состава воды, в процессе коррозии может также принимать участие и другой компо­нент камня - гидроксид кальция.

Реакция коррозии происходит при непосредственном воздействии сульфата кальция, точнее, при одновременном воздействии сульфат-анионов и катионов кальция. При воздействии на бетон воды, содержащей любой другой растворимый сульфат, например сульфат натрия или магния (как в с лучае морской воды), агрессивный состав возникает за счет обмен­ной реакции с портландитом: Na₂SО₄ + Са(ОН)₂ = CaSО₄ + 2NaOH.

В процессе сульфатной коррозии могут участвовать оба основных типа гидроалюминатов - как трехкалыдиевый, так и четырехкальциевый. Основ­ным продуктом реакции является кристаллический гидросульфоалюминат кальция - эттрингит например: ЗСаО·А1₂О₃·6Н₂О + 3CaSО₄ + 26Н₂О = 6CaO·Al₂О₃·3SО₃·32H₂О

Перечисленные три вида химической коррозии, наряду с физической коррозией являются основными причинами коррозионного разрушения бето­на.

Наиболее разрушительной среди них является общекислотная коррозия, происходящая под влиянием растворенных в воде кислот (сильных или сред­ней силы). Такая ситуация может иметь место на предприятиях химической промышленности, в системах удаления и переработки сточных вод других от­раслей промышленности. Кроме того, свободные кислоты могут образоваться вследствие растворения в капиллярной влаге бетона газообразных веществ кислотного характера, присутствующих в атмосфере в качестве природных или промышленных загрязнений, например SО₂, NO₂, HC1 и др. В первую очередь под действием кислых вод разрушается портландит, например: Са(ОН)₂ + 2НС1 = СаС1₂ + 2Н₂О.

Методы защиты бетона от коррозии весьма разнообразны, но могут быть сведены в три основные группы: 1) регулирование состава цемента; 2) снижение пористости цементного камня; 3) применение защитных покрытий